Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Γεώργιο Κανακάρη για την πολύτιμη βοήθεια του στον τομέα της κατασκευής της διάταξης καθώς επίσης και τις κ. Τσακίρη και Ηλιάκη για την βοήθεια τους στο βιολογικό τμήμα του project.
An indroduction to Drosophila melanogaster
What is it?
Drosophila melanogaster is a fruit fly, a little insect about 3mm long, of the kind that accumulates around spoiled fruit. It is also one of the most valuable of organisms in biological research, particularly in genetics and developmental biology. Drosophila has been used as a model organism for research for almost a century, and today, several thousand scientists are working on many different aspects of the fruit fly.
Why work with Drosophila?
Part of the reason people work on it is historical - so much is already known about it that it is easy to handle and well-understood - and part of it is provtical: it' s a small animal, with a short life cycle of just two weeks, and is cheap and easy to keep large numbers. Muntant flies, with defects in any of several thousand genes are anailable, and the entire genome has reently been sequenced.
Life cycle of Drosophila
The drosophila egg is about half a millimeter long. It takes about one day after fertilisation for the embryo to develop and hatch into a worm-like larva. The larva eats and grows continuously, moulting one day, two days, and four days after hatching (first, second and third instars). After two days as a third instar larva, it moults one more time to form an immobile pupa. Over the next four days, the body is completely remodelled to give the adult winged form, which then hatches from the pupal case and is fertile within about 12 hours. (timing is for 25°C; at 18°, development takes twice as long.)
Research on Drosophila
Drosophila is so popular, it would be almost impossible to list the number of things that are being done with it. Originally, it was mostly used in genetics, for instance to discover that genes were related to proteins and to study the rules of genetic inheritance. More recently, it is used mostly in developmental biology, looking to see how a complex organism arises from a relatively simple fertilised egg. Embryonic development is where most of the attention is concentrated, but there is also a great deal of interest in how various adult structures develop in the pupa, mostly focused on the development of the compound eye, but also on the wings, legs and other organs.
Drosophila has four pairs of chromosomes: the X/Y sex chromosomes and the autosomes 2,3, and 4. The fourth chromosome is quite tiny and rarely heard from. The size of the genome is about 165 million bases and contains and estimated 14,000 genes (by comparison, the human genome has 3,400 million bases and may have about 22,500 genes; yeast has about 5800 genes in 13.5 million base bases). The genome was (almost) completely sequenced in 2000, and analysis of the data is now mostly complete. Several other insect genomes have now been sequenced, including many Drosophila species, and the genomes of mosquito and honey bee, and these are starting to show what is common among all insects, and what distinbuishes them from each other.
For more details about drosophila melanogaster visit the site: ceolas.org
First 2D analysis
Το πρώτο στάδιο είναι μια δισδιάστατη ανάλυση όπου αρχικά δεν ασχοληθήκαμε με την 3D τροχιά κάθε μύγας αλλά την κίνηση τους ώστε να μπορέσουμε να βρούμε τα κέντρα βάρους τους και να καταγράψουμε την τροχιά που ακολουθεί η κάθε μία σε ένα αρχείο .txt.
Στο παρακάτω βίντεο αριστερά φαίνεται η αρχική λήψη του βίντεο ενώ δεξιά το στάδιο της εικόνας μετά την αρχική επεξεργασία (low level processing). Τέλος, και στις δύο εικόνες φαίνεται ο αριθμός τροχιάς καθώς επίσης και μια πρόβλεψη για το που θα κινηθεί το κέντρο βάρους κάθε μύγας στο επόμενο frame. Η πρόβλεψη αυτή γίνεται με σκοπό να μην "σπάει" η τροχιά που ακολουθεί η κάθε μύγα όταν η μία διέρχεται πίσω από την άλλη. Για το που θα κινηθεί το κάθε κέντρο βάρους έγινε με την χρήση του φίλτρου Kalman.
Basic design idea for 3D analysis
Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται το αρχικό σχέδιο της διάταξης και δεξιά οι δύο επίπεδοι καθρέφτες που θα χρησιμοποιηθούν σε αυτή.
Πρώτα προχωρήσαμε στην κατασκευή ενός πρωτότυπου της διάταξης που φαίνεται παραπάνω όπως φαίνεται στις παρακάτω εικόνες.
Για τα τοιχώματα χρησιμοποιήθηκε χαρτόνι μακέτας πάχους 3mm. Η κάμερα που δέθηκε στην βάση της διάταξης είναι κάμερα με δυνατότητα λήψης 30fps και ανάλυση 640x480 pixels.
Στις παρακάτω εικόνες αριστερά φαίνεται η αρχική διάταξη και δεξιά αυτό που φαίνεται από το εσωτερικό της (εικόνα από την εσωτερικά τοποθετημένη κάμερα).
Στο παρακάτω σχήμα δίνεται διαγραμματικά η πρόοψη της διάταξης καθώς επίσης και η αναμενόμενη από την κάμερα εικόνα.
Με βάση τις εικόνες (frames) που παίρνουμε από την κάμερα σχεδιάσαμε έναν αλγόριθμο ο οποίος μπορεί να ταιριάξει τα κέντρα βάρους των μυγών που βλέπουμε στον δεξιά καθρέφτη με τα κέντρα βάρους των μυγών που βλέπουμε στον αριστερά καθρέφτη. Έτσι έχοντας την σχετική θέση της κάθε μύγας στον αριστερό και στον δεξιά καθρέφτη μπορούμε να βρούμε τελικά που βρίσκεται το κέντρο βάρους της στον χώρο. (Αυτή η εύρεση του κέντρου βάρους της μύγας στον χώρο γίνεται με την χρήση της epipolar geometry)
Στην συνέχεια αφού σε κάθε frame που πήραμε βρήκαμε τα κέντρα βάρους των μυγών σχηματίζουμε τις τροχιές που διέγραψαν αυτές με την χρήση μιας παραλλαγής της Hungarian Method του James Munkres.
Τέλος ακολουθεί η εύρεση των ταχυτήτων με τις οποίες κινήθηκαν οι μύγες. Αφού βρούμε την ταχύτητα με την οποία κινήθηκε η κάθε μύγα από καρέ σε καρέ σχηματίζουμε μια κατανομή αυτής και έτσι τελικά βλέπουμε συνολικά την κινητικότητα των μυγών μέσα στο vial.
An introduction to image processing
Sources for Images
Electromagnetic (EM) energy spectrum
Acoustic
Ultrasonic
Electronic
Synthetic images produced by computer
Image Acquisition Process
As a result a digital image is a two dimensional function f(x,y),as x and y are spatial coordinates The amplitude of f is called indensity or gray level at point (x,y).
For a camera that captures color images we have like before three sensitivity functions tuned to the colors red, green and blue. As a result, from a digital camera which captures color images we take a 3 - dimensional matrix. This matrix has dimensions m x n x 3 as shown to the following image.
Digital image processing
Process difital images by means of computer, it covers low-, mid- and high - level processes.
low - level: inputs and outputs are images
mid - level: outputs are attributes extracted from input images
high - level: an ensemble of recognition of individual objects
For example, a low - level image processing can be seen below
This image is taken from an experiment at the laboratory of the School of biology
Future work
Η κατασκευή της πρωτότυπης διάταξης από plaxyglass ώστε να είναι ακριβέστερες οι γωνίες των καθρεφτών καθώς επίσης και για να μπορεί να χρησιμοποιείται χωρίς να φθείρεται.
Ανάπτυξη φιλικού προς τον χρήστη λογισμικό ώστε να μπορεί όχι μόνο να πάρει μετρήσεις αλλά και να βλέπει αποτελέσματα και συμπεράσματα προηγούμενων πειραμάτων που έχει διεξάγει.
Καταγραφέας συμπεριφοράς βιολογικού μοντέλου Drosophila melanogaster
Last update: 05/01/15
Team K05 - 2014: Zazanis ArtemisStudent, Dept of Mechanical Eng, NTUAe-mail: zazanisart@gmail.com
Sort Abstract
Μελετάται η δημιουργία κατάλληλης διάταξης καθώς και η ανάπτυξη αντίστοιχου λογισμικού φιλικό προς τον χρήστη με σκοπό:
- Την καταγραφή και κατάλληλη αναπαράσταση της τροχιάς (3D) που διαγράφει μία μύγα (ή περισσότερες) κατά την κίνηση της εντός δοκιμαστικού σωλήνα (vial)
- Την εύρεση της μέσης ταχύτητας με την οποία κινούνται οι μύγες εντός του vial για ενδεδειγμένο χρονικό διάστημα
(http://ls.tcu.edu.tw/mdlin/detail.php?recordID=6)Acknowledgements:
Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Γεώργιο Κανακάρη για την πολύτιμη βοήθεια του στον τομέα της κατασκευής της διάταξης καθώς επίσης και τις κ. Τσακίρη και Ηλιάκη για την βοήθεια τους στο βιολογικό τμήμα του project.An indroduction to Drosophila melanogaster
What is it?
Drosophila melanogaster is a fruit fly, a little insect about 3mm long, of the kind that accumulates around spoiled fruit. It is also one of the most valuable of organisms in biological research, particularly in genetics and developmental biology. Drosophila has been used as a model organism for research for almost a century, and today, several thousand scientists are working on many different aspects of the fruit fly.Why work with Drosophila?
Part of the reason people work on it is historical - so much is already known about it that it is easy to handle and well-understood - and part of it is provtical: it' s a small animal, with a short life cycle of just two weeks, and is cheap and easy to keep large numbers. Muntant flies, with defects in any of several thousand genes are anailable, and the entire genome has reently been sequenced.Life cycle of Drosophila
The drosophila egg is about half a millimeter long. It takes about one day after fertilisation for the embryo to develop and hatch into a worm-like larva. The larva eats and grows continuously, moulting one day, two days, and four days after hatching (first, second and third instars). After two days as a third instar larva, it moults one more time to form an immobile pupa. Over the next four days, the body is completely remodelled to give the adult winged form, which then hatches from the pupal case and is fertile within about 12 hours. (timing is for 25°C; at 18°, development takes twice as long.)Research on Drosophila
Drosophila is so popular, it would be almost impossible to list the number of things that are being done with it. Originally, it was mostly used in genetics, for instance to discover that genes were related to proteins and to study the rules of genetic inheritance. More recently, it is used mostly in developmental biology, looking to see how a complex organism arises from a relatively simple fertilised egg. Embryonic development is where most of the attention is concentrated, but there is also a great deal of interest in how various adult structures develop in the pupa, mostly focused on the development of the compound eye, but also on the wings, legs and other organs.(http://www.easternct.edu/~adams/Drosophilalifecycle.html)
The Drosophila genome
Drosophila has four pairs of chromosomes: the X/Y sex chromosomes and the autosomes 2,3, and 4. The fourth chromosome is quite tiny and rarely heard from. The size of the genome is about 165 million bases and contains and estimated 14,000 genes (by comparison, the human genome has 3,400 million bases and may have about 22,500 genes; yeast has about 5800 genes in 13.5 million base bases). The genome was (almost) completely sequenced in 2000, and analysis of the data is now mostly complete. Several other insect genomes have now been sequenced, including many Drosophila species, and the genomes of mosquito and honey bee, and these are starting to show what is common among all insects, and what distinbuishes them from each other.For more details about drosophila melanogaster visit the site: ceolas.org
First 2D analysis
Το πρώτο στάδιο είναι μια δισδιάστατη ανάλυση όπου αρχικά δεν ασχοληθήκαμε με την 3D τροχιά κάθε μύγας αλλά την κίνηση τους ώστε να μπορέσουμε να βρούμε τα κέντρα βάρους τους και να καταγράψουμε την τροχιά που ακολουθεί η κάθε μία σε ένα αρχείο .txt.Στο παρακάτω βίντεο αριστερά φαίνεται η αρχική λήψη του βίντεο ενώ δεξιά το στάδιο της εικόνας μετά την αρχική επεξεργασία (low level processing). Τέλος, και στις δύο εικόνες φαίνεται ο αριθμός τροχιάς καθώς επίσης και μια πρόβλεψη για το που θα κινηθεί το κέντρο βάρους κάθε μύγας στο επόμενο frame. Η πρόβλεψη αυτή γίνεται με σκοπό να μην "σπάει" η τροχιά που ακολουθεί η κάθε μύγα όταν η μία διέρχεται πίσω από την άλλη. Για το που θα κινηθεί το κάθε κέντρο βάρους έγινε με την χρήση του φίλτρου Kalman.
Basic design idea for 3D analysis
Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται το αρχικό σχέδιο της διάταξης και δεξιά οι δύο επίπεδοι καθρέφτες που θα χρησιμοποιηθούν σε αυτή.
Πρώτα προχωρήσαμε στην κατασκευή ενός πρωτότυπου της διάταξης που φαίνεται παραπάνω όπως φαίνεται στις παρακάτω εικόνες.
Για τα τοιχώματα χρησιμοποιήθηκε χαρτόνι μακέτας πάχους 3mm. Η κάμερα που δέθηκε στην βάση της διάταξης είναι κάμερα με δυνατότητα λήψης 30fps και ανάλυση 640x480 pixels.
Στις παρακάτω εικόνες αριστερά φαίνεται η αρχική διάταξη και δεξιά αυτό που φαίνεται από το εσωτερικό της (εικόνα από την εσωτερικά τοποθετημένη κάμερα).
Στο παρακάτω σχήμα δίνεται διαγραμματικά η πρόοψη της διάταξης καθώς επίσης και η αναμενόμενη από την κάμερα εικόνα.
Με βάση τις εικόνες (frames) που παίρνουμε από την κάμερα σχεδιάσαμε έναν αλγόριθμο ο οποίος μπορεί να ταιριάξει τα κέντρα βάρους των μυγών που βλέπουμε στον δεξιά καθρέφτη με τα κέντρα βάρους των μυγών που βλέπουμε στον αριστερά καθρέφτη. Έτσι έχοντας την σχετική θέση της κάθε μύγας στον αριστερό και στον δεξιά καθρέφτη μπορούμε να βρούμε τελικά που βρίσκεται το κέντρο βάρους της στον χώρο. (Αυτή η εύρεση του κέντρου βάρους της μύγας στον χώρο γίνεται με την χρήση της epipolar geometry)
Στην συνέχεια αφού σε κάθε frame που πήραμε βρήκαμε τα κέντρα βάρους των μυγών σχηματίζουμε τις τροχιές που διέγραψαν αυτές με την χρήση μιας παραλλαγής της Hungarian Method του James Munkres.
Τέλος ακολουθεί η εύρεση των ταχυτήτων με τις οποίες κινήθηκαν οι μύγες. Αφού βρούμε την ταχύτητα με την οποία κινήθηκε η κάθε μύγα από καρέ σε καρέ σχηματίζουμε μια κατανομή αυτής και έτσι τελικά βλέπουμε συνολικά την κινητικότητα των μυγών μέσα στο vial.
An introduction to image processing
Sources for Images
Image Acquisition Process
As a result a digital image is a two dimensional function f(x,y),as x and y are spatial coordinates
The amplitude of f is called indensity or gray level at point (x,y).
For a camera that captures color images we have like before three sensitivity functions tuned to the colors red, green and blue.
As a result, from a digital camera which captures color images we take a 3 - dimensional matrix. This matrix has dimensions m x n x 3 as shown to the following image.
Digital image processing
Process difital images by means of computer, it covers low-, mid- and high - level processes.
For example, a low - level image processing can be seen below
Future work